Investigação da formação de biofilme e sua associação com características clínicas e sistemas de bombas de efluxo em Staphylococcus aureus

Abstract

Staphylococcus aureus é uma bactéria que pode ser encontrada colonizando diversas partes do corpo humano, entretanto os diversos fatores de virulência que a bactéria possui, ancorados a sua superfície ou excretados para o meio extracelular, tornam essa bactéria um potencial patógeno, causando infecções de pele e tecidos moles, osteomielite, infecções respiratórias, infecções relacionadas a cateteres e outros dispositivos e bacteremia. Um dos fatores de virulência da bactéria, é a habilidade em formar biofilmes. Biofilmes são comunidades bacterianas tridimensionais complexas, que vivem organizadas e aderidas a uma superfície biótica ou abiótica, embebidas em uma matriz exopolimérica. Cerca de 80% das bactérias vivem organizadas na forma de biofilme, pois nestas estruturas são menos sensíveis aos antibióticos e à resposta imune do hospedeiro. A habilidade de S. aureus em formar biofilme é importante pois o torna uma das principais bactérias que infecta dispositivos médicos e implantes, aumentando a morbidade e mortalidade dos pacientes que apresentam esse tipo de infecção. Os medicamentos da classe dos β-lactâmicos eram a principal escolha para o tratamento de S. aureus, entretanto nos últimos anos essa bactéria adquiriu resistência a esses antimicrobianos, através da aquisição do gene mecA, tornando escassa as opções terapêuticas. Como se não bastasse, os biofilmes bacterianos são particularmente mais resistentes a tratamentos com antibióticos, não só devido ao aumento da transmissão de mecanismos de resistência dentro da comunidade, mas também por causa das limitações de difusão da droga colocados pela matriz extracelular, inativação de antibióticos pela alta concentração de íons de metal e baixo pH, entre outros fatores. Combinados, esses atributos tornam o biofilme bacteriano em torno de 1000 vezes mais tolerante e/ou resistente aos antimicrobianos comparado às células planctônicas. A investigação de estudos epidemiológicos para prevenção dessas infecções, bom como de novas estratégias para prevenção e tratamento de infecções por biofilmes, especialmente em isolados clínicos sabidamente multirresistentes, é urgentemente necessária. Dentre estas estratégias estão a pesquisa de diferentes mecanismos ou substâncias capazes de provocar a inibição da formação ou a erradicação do biofilme formado. Neste contexto, 8 os sistemas de bombas de efluxo e inibidores de bombas de efluxo representam uma fonte promissora de erradicação do biofilme formado. O principal objetivo deste estudo é investigar características clínico-epidemiológicas em isolados clínicos que estejam associadas a formação de biofilme, bem como investigar o papel de bombas de efluxo, inibidores dessas bombas e novos genes envolvidos na habilidade de isolados clínicos de S. aureus em formar biofilme. O capítulo 1 associa características clínicas e epidemiológicas com a habilidade de formação de biofilme. O capítulo 2 mostra o papel da adição de antimicrobianos na inibição e erradicação de biofilmes, a associação com inibidores de bomba de efluxo para melhor entender os sistemas de bomba de efluxo na capacidade desses isolados em formar biofilme e por último, novos genes que participam desse processo, em isolados clínicos de MRSA. Este estudo permite planejar ações preventivas para essas infecções relacionadas a biofilmes. Além disso, demonstra que os sistemas de bombas de efluxo parecem ser alvos promissores para erradicar infecções associadas a biofilmes bacterianos.

Staphylococcus aureus can be found colonizing the human body, however its virulence factors anchored to its surface or secreted into the extracellular medium, makes this bacteria as a potential pathogenic, causing skin and soft tissue infections, osteomyelitis, respiratory infections, catheter-related and other devices infections and bacteremia. One of the virulence factors that bacteria produce is the ability to form biofilms. Biofilms are complex three-dimensional bacterial communities, living organized and attached on a biotic or abiotic surface, embedded in a matrix exopolimérica. About 80% of live bacteria are organized in the form of biofilms because in these structures are less sensitive to antibiotic and the host immune response. The ability of S. aureus to form biofilms is important because it makes it one of the main bacteria that infects medical devices and implants, increasing patient morbidity and mortality. The class of β-lactam drugs used to be main choice for the treatment of S. aureus infections, however in recent years the bacteria acquired resistance to these antibiotics by acquiring mecA gene, so therapeutic options becoming scarce. Besides that, bacterial biofilms are particularly resistant to antibiotic treatments, not only due to increased transmission resistance mechanisms within the community, but also because limitations in drug diffusion by extracellular matrix, inactivation of antibiotics due to high concentration of metal ions and low pH, and other factors. Combined, these attributes make the bacterial biofilm around 1000 times more tolerant and / or resistant to antimicrobial compared to planktonic cells. Investigation of epidemiological studies to prevent such infections, as well as new strategies for prevention and treatment of biofilm infections, especially in known multidrug-resistant clinical isolates, is urgently needed. Among these strategies we could list the different search engines or substances capable of causing or inhibiting the formation of biofilm eradication. In this context, system efflux pumps and efflux pump inhibitors represent a promising source of biofilm eradication. The aim of this study is to investigate the clinical and epidemiological characteristics in clinical isolates that are associated with biofilm formation and investigate the role of efflux pumps and inhibitors of these pumps in the ability of S. 10 aureus clinical isoltes to form biofilms. The chapter 1 associates clinical and epidemiological characteristics with biofilm formation ability. Chapter 2 shows the role of the addition of antimicrobials in inhibition and eradication of biofilms, the association with efflux pump inhibitors to better understand the efflux pump systems in the ability of these isolates to form biofilm and, finally, new genes important in MRSA clincal isolates biofilm formation. This study allows planning preventive actions for these biofilm-related infections. In addition, it demonstrates that efflux pump systems appear to be promising targets for eradicating infections associated with bacterial biofilms.